培養神経回路のバイオ・コンピュテーションを実現する高解像度神経インターフェース

本研究は、高解像度計測刺激インターフェースを利用して培養神経回路の活動を計測し、柔軟で効率的な神経情報処理原理解明を目指した。特に、外部環境と関りを持たない神経回路で自律的に生まれてくる自発同期発火時空間パターンの意義に着目した。本年度は、昨年度までに得られた研究結果を、査読付き学術論文誌論文、及び博士学位論文としてまとめた。・発達を通して多様な活動が生まれる過程の観測神経活動の多様性がどのような過程を経て培養神経回路に備わるのかを知るために、培養神経回路の発達過程を経時的に観測した。その結果、同期規模分布が指数分布（培養4-6日目頃）、二峰性分布（培養7-10日目頃）を示す時期を経て、最終的にべき分布を示すことがわかった。べき分布は多様性の指標と考えられている。また、二峰性分布を示すとき神経回路は一様な時空間パターンを伴う特徴的な大規模同期を示すのに対し、べき分布を示すときは多様な時空間パターンを示した。実験は昨年度実施し、本年度は結果をまとめて査読付き論文誌に投稿し、掲載された。・　自発活動と外部刺激応答との関連性神経回路に自発的に生まれる時空間パターンが記憶として動作し得るか調べるため、外部から電気刺激を与えて誘発した誘発時空間パターンと自発時空間パターンを比較した。自発時空間パターンと誘発時空間パターンに対して次元削減法を適用し、低次元空間内の軌道として表すと、誘発軌道は自発軌道の一部と類似した。これは、神経回路が自発時空間パターンに対して外部入力を割り当てて表現することを示し、「記憶の座」とも呼べる神経活動は自律的に生み出されることを示唆する。本年度は昨年度の予備的結果を進めて実験・解析を実施した。まとめた結果を2017年度中に査読付き論文誌に投稿予定である。長期的刺激を加えた場合の自発・誘発時空間パターン変化を調べることは今後の課題である。

本研究は、高解像度計測刺激インターフェースを利用して培養神経回路の活動を計測し、柔軟で効率的な神経情報処理原理解明を目指した。特に、外部環境と関りを持たない神経回路で自律的に生まれてくる自発同期発火時空間パターンの意義に着目した。本年度は、昨年度までに得られた研究結果を、査読付き学術論文誌論文、及び博士学位論文としてまとめた。・発達を通して多様な活動が生まれる過程の観測神経活動の多様性がどのような過程を経て培養神経回路に備わるのかを知るために、培養神経回路の発達過程を経時的に観測した。その結果、同期規模分布が指数分布（培養4-6日目頃）、二峰性分布（培養7-10日目頃）を示す時期を経て、最終的にべき分布を示すことがわかった。べき分布は多様性の指標と考えられている。また、二峰性分布を示すとき神経回路は一様な時空間パターンを伴う特徴的な大規模同期を示すのに対し、べき分布を示すときは多様な時空間パターンを示した。実験は昨年度実施し、本年度は結果をまとめて査読付き論文誌に投稿し、掲載された。・　自発活動と外部刺激応答との関連性神経回路に自発的に生まれる時空間パターンが記憶として動作し得るか調べるため、外部から電気刺激を与えて誘発した誘発時空間パターンと自発時空間パターンを比較した。自発時空間パターンと誘発時空間パターンに対して次元削減法を適用し、低次元空間内の軌道として表すと、誘発軌道は自発軌道の一部と類似した。これは、神経回路が自発時空間パターンに対して外部入力を割り当てて表現することを示し、「記憶の座」とも呼べる神経活動は自律的に生み出されることを示唆する。本年度は昨年度の予備的結果を進めて実験・解析を実施した。まとめた結果を2017年度中に査読付き論文誌に投稿予定である。長期的刺激を加えた場合の自発・誘発時空間パターン変化を調べることは今後の課題である。